原创 AC/DC 转换电路设计的设计步骤(概述)

2021-3-29 12:00 851 4 4 分类: 电源/新能源
  • AC/DC 转换电路设计的设计步骤(概述)
  • 确定要求规格
  • 控制(电源)IC 的选择
  • 设计、外围部件选定
  • 试作、评估
  • 量产设计、评估、出货检查

AC/DC 转换电路设计的设计步骤(概述)

在本项目中,将说明设计AD/DC转换电路设计的步骤。虽然只是基础篇,概略说明一下,但仍希望大家了解设计时,必须确认作业顺序和相关项目才行。即使拥有足以理解电路图的知识,也只有在工作时,才会记住图纸以外的工作和具体步骤。另外,基于经验的做法和判断,也是非常重要的诀窍。在设计电路上,必须结合理论、知识以及经验,以带来相辅相成协同效应的方法。

以下为标准设计步骤,但只是约略分类并依据顺序排列。

图 29

图 29

首先是决定设计规格,接着一边选择能满足该规格的IC和部件,一边进行设计。除了电路图外,还必须设计基板的线路。之后是进行试作和评估、量产得流程。另外,本流程除了设计AC/DC转换外,也能够运用在其他电源设计上。

在这里,第二个步骤为“选择IC”,但如同前述,在设计基板电源时,几乎都会设计成使用电源IC的电路,因此次一个步骤才会是“选择IC”。

负责设计的人,其工作范围会因为公司和各种因素而不同。例如,原本认为不算设计工作范围,但可能会和出货检查的方法、调查不良品等有关。然而,这些都必须反馈至设计上,且在市场推出产品时,也须完成类似上述的相关制程。

关键要点:

・设计电路必须具备丰富的经验,以解决遇到的问题。

・选择电源IC在设计板载电源上非常重要。


确定要求规格

初期作业中最重要的,就是明确要求规格。这原本就是一开始最重要的步骤,如果未决定整个电路基板的规格,无可避免地,也没有办法决定电源规格,但却常听到愈接近设计期间,才手忙脚乱的开始的设计。正因为一开始未做出决定,将无法继续进行下去,必须利用暂时规格,根据推算出必要电压的负载电流,开始着手设计。在开始时必须决定的主要内容如下所述。

图 30

图 30

以输入条件为例,如果是只能在日本国内,则100VAC即可,但贩卖至国外的产品,必须具备能支持该国电压、全球电压的通用输入规格。此外,有的国家电压不稳定,因此须讨论该国容许误差的范围为多少等许多事项。部件选择也会因此而出现相当大的波动,这代表在开始时,须尽可能收集相关信息。严格说来,即使规格不清不楚,但仍必须硬着头皮着手设计。目的为期限内设计出正确的电源,设计上必须保持机动。

关键要点:

・大多会在之后才决定电源规格,因此必须在短时间内,设计出高品质的电路。


控制(电源)IC 的选择

决定规格后,接下来就是选出能满足该规格的电源IC。如同前述,这里是在使用电源IC的前提下进行说明。

根据要求事项,决定适合的AC/DC方式为变压器方式,还是开关方式,降压或升压、反激式或正激方式等,并且选择电源IC。也就是说选择电源IC决定了电源方式。基本上电源IC必须采用特殊方式,利用决定的方式选择IC。在设计使用电源IC时,电源IC占了非常重要的地位,会因为使用的IC来决定电路和部件。换言之,即使认为是以IC为中心进行设计也不为过。

图31

图31

电源IC规格不一,具备的功能也不尽相同。在选择电源IC时,关键要点为找出具备电源上必要功能的IC。特别是保护功能,如果在装上IC后,为了增加功能还得增加更多外置部件和安装面积,且设计和评估的时间也势必增加。基于上述理由,只好承认无法利用外置部件来增加功能。如果能顺利使用电源IC,将有助于提升设计的效率。

选择时,会有“大是包含小在内?”的提问。其实关键要点在于广泛准备高耐压和支持大功率的规格。答案是“可兼顾”,但考虑效率、外置部件调整至优化,因此并不推荐。

最后,是各厂商所制作的开关电源用IC,彼此之间无法兼容。虽然构造非常相似,引脚配置位置却不同。基本上无法和更换线性稳压器78种系列产品一样随意更换,在设计过程中,于规划好基板线路后才变更部件,代表着重新设计,因此在选择IC时,必须充分加以讨论。

关键要点:

・选择电源IC会对设计造成很大的影响。

・一般而言,以配备具保护功能的IC,较能够提升设计的效率。


设计、外围部件选定

决定IC后,参考该IC的技术规格的说明或应用范例,继续进行设计。此时虽然会决定外置的电容器或电阻等的常量,但开关式AC/DC转换器上,设计变压器是非常重要的一环。

图 32

图32

变压器设计依照以下的步骤进行。一开始先讨论变压器的尺寸。根据电源方式、开关频率、输出功率等,决定变压器的尺寸。其次,为了避免磁饱和,决定主要线圈(一次侧线圈)的L值、各线圈的匝数。完成后再进入设计构造。设计构造时,层构造必须考虑结合度,并确保沿面距离符合安全规范,以及确认是否缠绕成骨架有效绕线槽后,再决定线材的线径。如此一来即决定好变压器的规格。下方为变压器规格范例,供各位参考。

图 33:变压器设计例

除了变压器外,选定部件和探讨设计时,在电气、电子知识外,还必须具备部件知识,其中又以经验最为必要。接着开始设计,但也有不顺利的时候。此时,可以利用IC和部件厂商的支持,迅速完成设计。

关键要点:

・设计变压器和电感时,必须具备设计构造和选定部件的经验。

・经验不足时,可以向部件厂商寻求协助。


试作、评估

完成图纸和部件列表、建立基板布局后,即进入试作、评估性能的阶段。试作阶段从确认基本工作开始。不过,其实经常不知道什么工作才是正确的。此时可以利用IC厂商准备的评估板。或许细部规格会和自己设计规格不同,但仍可作为比较、探讨的样本。

Figure 34.

图34

评估项目有测量效率等,如果有适用于AC功率计(电力计)将更便利。当然,可以利用电压表、电流表、钳形电流表等进行测量,但仍推荐使用功率计显示效率。

此外,务必使用示波器观察各点的波形。如果未仔细观察波形,是无法发现异常的波形、噪声和峰波等。这样一来,才能在看起来正常运转,但却觉得有些奇怪时找到真正的原因。

评估时,须仔细确认输出电压、负载电流、温度的余量很重要。如果设计上对于温度的余量不足,容易在量产时偏离要求的规格,或因为该批产品影响到不良率。构成电路的部件特性都不一样,因此必须要了解部件特性,并设计出能达到规格目标的产品。


量产设计、评估、出货检查

调试和优化的作业结束后,开始判断是否可以进入量产。此时,有时可能无法完全满足要求规格。会为了满足无论如何都不会退让的规格要求,必须重新设计,或是稍微妥协,讨论如何取得权衡,尽量让全部产品接近目标值。

以上为步骤和确认项目,希望大家在设计时,大致上都能遵循上述步骤。总之,只要审慎制定计划以及能随机应变,相信就可以顺利进行设计。

关键要点:

・在试作、评估阶段,可能会发生布局所导致的问题等无法根据图纸,加以预测到的麻烦。

・务必确认工作余量。如果设计时未留出余量,可能引起量产品合格率等问题。


来源:techclass.rohm

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yzw92 2021-3-30 06:19

谢谢分享
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techff 2021-04-16 15:27
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